35kV变电站设计--开题报告

科学技术学院

毕业设计(论文)开题报告

题目：35KV变电所电气设计

学科部：信息学科部

专业：电气工程及其自动化

班级：电气092班

学号：

姓名：

指导教师：

填表日期：2012 年12 月 6 日

一、选题的依据及意义

（一）选题的依据：

通过本设计使我掌握了35kV 变电站电气主接线设计的基本步骤和方法，并在分析、计算和解决实际工程能力等方面得到训练，进一步巩固了电力生产的专业知识，掌握了工程绘图方面的一些知识、方法，掌握了科技论文写作的一般知识及科技文献资料的查找技巧，为以后从事设计、运行和科研工作，奠定必需的知识基础。35kV 变电站电气一次部分初步设计的过程，是对所学知识进行的一次检验和实践，从而使电力专业知识得到巩固和加深，逐步提高了分析问题和解决问题的能力。

在设计的过程中，查阅了大量的文献资料，积累了丰富的第一手材料，在主接线设计、电气设备选择等具体设计任务中进行了大量的比较、计算、优化有效的培养了自己分析问题、解决问题的能力，并使专业知识得到巩固和升华。

我对变电站的生疏，到了解，再到深入研究，最终完成了35KV变电所电气部分的设计。其中包括了电气一次部分主接线的设计和各种电气设备的选择，也有二次继电保护方面的简单介绍，最后加上了一些防雷措施。本次设计基本是按照变电所设计基本步骤做下来的，因此也能达到一般变电所的性能要求。其中还对新设备进行了选择，适应于目前的趋势。（二）选题的意义：

电能是现代社会中最重要、也是最方便的能源。发展国民经济的基础，是一种无形的、不能大量储存的二次能源。电能的发、变、送、配合用电，几乎是在同一瞬间完成的，须随时保持功率平衡。要满足国民经济发展的要求，电力工业必须超前发展，这是世界电力工业发展规律，因此，做好电力规划，加强电网建设，就尤为重要。

变电所作为电力系统的重要组成部分，它直接影响整个电力系统的安全与经济运行，是联系发电厂和用户的中间环节，起着变换和分配电能的作用。对其进行设计势在必行，合理的变电所不仅能充分的满足当地的供电需求，还能有效的减少投资和资源浪费。

本设计包括对35KV变电站设计的优化对未来电网的合理规划有着一定的参考意义。二、国内研究现状及发展趋势

变电站是变换电压和交换电能的场所,由电力变压器和配电装置组成。变电站能否安全、可靠的运行,对工矿企业、医院、国防、交通都有着重要意义。而变电站的安全、可靠运行却在很大程度上取决于它的二次设备。近些年来,计算机软硬件技术、网络通信技术以及控制技术的发展迅猛,被越来越多的应用在工业控制的各个领域。变电站综合自动化系统就是将这些技术应用在变电站,实现对变电站供电网络的在线数据监测、开合闸控制、线路保护以及运行历史数据存储。同时变电站系统对这些新技术的渴望也越来越强烈,如变电站的操作对于实时性的要求越来越高,发生异常时应该立即做出动作采取相应措施,这就要求数据通信传输速度越来越快；再有对于经常出现的故障以及设备服役到年限的一些情况应作出预判,这就要求计算机软件系统有强大的数据库以及更加人性化的人机界面设计,同时也要求计算机硬件配备更高速运算的CPU；现有的变电站都在相对偏远的郊区而且大多数需要工作

人员24小时值守,运行成本较高,无人值守站变电站需求越来越迫切。

近年来，“智能电网”一词已成为一个流行的专业术语，代表了当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是21 世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势。智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电各个环节。在上述这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。作为智能电网的重要基础，智能变电站为智能电网提供标准的、可靠的节点( 包括一次、二次和系统) 支撑。智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。智能变电站的建设能够实现设备信息、运行维护策略与电力调度全面互动，实现基于状态的全寿命周期综合优化管理，实现电网运行数据的全面采集和实时共享，支撑电网实时控制、智能调节和各类高级应用，保障各级电网安全稳定运行。

变电站综合自动化是将变电站的二次设备( 包括控制、信号、测量、保护、自动装置及远动装置等) 应用计算机技术和现代通信技术, 经过功能组合和优化设计, 对变电站实施自动监视、测量、控制和协调, 以及与调度通信等综合性的自动化系统。实现变电站综合自动化, 可提高电网的安全、经济运行水平, 减少基建投资, 并为推广变电站无人值班提供了手段。计算机技术、信息技术和网络技术的迅速发展, 带动了变电站综合自动化技术的进步。近年来, 随着数字化电气量测系统( 如光电式互感器或电子式互感器)、智能电气设备以及相关通信技术的发展, 变电站综合自动化系统正朝着数字化方向迈进。变电站自动化系统在我国的应用已经取得了非常显著的效果, 对提高电网的安全经济运行水平起到了重要作用。目前随着新技术的不断发展, 数字化变电站正在兴起。与传统变电站相比, 数字化变电站具有以下优势: 减少二次接线, 提升测量精度, 提高信号传输的可靠性, 避免电缆带来的电磁兼容、传输过电压和两点接地等问题, 解决设备间的互操作问题, 变电站的各种功能可共享统一的信息平台, 避免设备重复, 自动化运行和管理水平进一步提高。数字化变电站是变电站自动化技术的发展方向。

自从1987 年清华大学研制成功第一套变电站综合自动化系统投运十多年来，由于技术水平的不断提高，体系结构也在不断改进。根据综合自动化系统设计思想和安装的物理位置的不同，综合自动化系统硬件结构形式可以分成很多种类。其结构形式有集中式、分布式、分散（层）分布式；从安装物理位置上来划分集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。典型的35 kV 变电站综合自动化系统采用分布式结构，装置分成管理层、变电站层和间隔层，利用现场总线技术信息上传，保护功能完全独立，远动与监控系统共用间隔层，利用现场总线技术信息，保护功能完全独立，远动与监控系统共用间隔层信息采集装置，达到了分布式R T U 技术标准。间隔层按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分，具有测量、控制和断电保护部分。间隔层本身是由各种不同的单元装置组成，这些独立的单元装置直接通过总线接到站控层。站控层的主要功能就是作为数据集中处理和保护管理，担

负着上传下达的重要任务。管理层由一台或多台微机组成，这种微机操作简单方便，界面汉化，使运行值班人员极易掌握主要功能包括：数据处理、画面显示、打印和谐波分析计算等。对已建成的35 kV 变电站进行综合自动化改造时，宜采用集中组屏的分层分布式综合自动化系统，可以充分利用已有的二次电缆进行综合自动化改造，缩短施工周期，且综合自动化系统由于置于室内，运行环境稳定，维护方便。对新建35 kV 变电站综合自动化系统我们推荐采用分散分布式与集中组屏相结合的综合自动化系统，该结构采用“面向对象”，即面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计的，间隔层中各数据采集、监控单元和保护单元做在一起，并将这种机箱就地分散安装在开关柜上或其它一次设备附近。这样各间隔单元的二次设备相互独立，仅通过光纤或电缆网络由站控机对它们进行管理和交换信息，最大限度地压缩了二次设备及其繁杂的二次电缆，节省了投资，又可减少二次回路调试工作量。

对10 k V 及以下变电站实现综合自动化及无人值班已成为电网自动化的发展方向。其设备选型:(l) 大型变压器宜选用低磁密、低损耗变压器;(2) 开关选择应遵循“无油化”原则, 首选S F6 和真空开关;(3) 直流系统所用交流电源采用双电源自动投切; 直流系统一般采用智能高频开关电力操作电源系统, 它具有交流过欠压报替、电池过电压、交流停电报警、自动均充等一系列功能, 具有很高的可靠性, 同时提供有通讯接口, 便于远方监控直流系统的运行情况。(4 )变电站自动化系统是此类变电站的中心系统, 该系统集控制、保护、监视功能于一体, 装置采用高性能处理器、高精度的A /D 转换器, 系统配里灵活, 具有多种安装模式, 即可采用分散安装, 亦可进行集中组屏。通讯总线不但可以采用电气方式, 也可采用抗干扰能力强的光纤方式。系统结构整体上分为三层: 变电站层、网络通信层和间隔层。变电站层主耍由总控单元、监控主机; 远动工作站及其他工作站组成, 其他工作站可根据需要任意增减。变电站层可为调度、运行人员提供友好的人机文互窗口. 以图形显示、语音报替、报表和信息打印的方式对现场状况进行实时监测, 并可对一次设备实现远方调控。网络通信层采用标准规约, 可与其它厂家的设备互联。间隔层采用工 D 系列硬件, 可在恶劣环境下运行。软件系统, 采用基于面向对象的设计原理。开放式模块化结构, 可实现与通用应用, 软件和用户程序想结合。保证了系统的通用性。实现3 5 k V 变电站无人值班, 可以采用调度自动化系统与远动R T U 来实现, 也可以在变电站装备综合自动化系统。如果用远动装置来实现变电站无人值班, 应是几个站同时实现才更具意义。布局紧凑, 控制室小, 不建生活设施, 少站土地, 节约了投资, 是电网自动化发展的方向。

从适应增容扩建,升压的角度选择设计方案。35 k V 电压登记在我国电力网中是一个重要的电压等级, 3 5 k V 变电站在我国县级电力网中将长期使用。随着产品不断更新,相应的新型设备层出不穷, 设计方案应力求结线简单、清晰、操作方便, 提高可靠性,限制工程造价, 节约土地, 减少生产和生活办公设施建筑物的土建面积。发展方向应是向小型化、综合自动化和无人值班方向发展。在实际设计工作中, 必须按照负荷的性质、用电容量、环境条件、工程特点和地区供电条件及用户的经济承受能力, 安装、运行、维护、检修的技术力量, 备品备件购置是否方便, 抢修、操作、交通是否便利, 将来是否升压扩建, 与调度自动

化配合等方面的因素。从全局出发, 统筹兼顾, 选择出最佳设计方案。变电站电气主接线是变电站电气设计的首要部分，也是构成电力系统的重要环节。电气主接线是由高压电器设备通过连接组成的接受和分配电能的电路，反映各设备的作用、连接方式和各回路间相互关系，从而构成变电站电气部分的主体。它直接影响运行的可靠性、灵活性，并对配电装置的布置、继电保护的配置、自动装置和控制方式的选择，起决定性作用。因此，在确定主接线时，电气主接线要满足必要的供电可靠性、经济性、保证供电的电能质量，另外主接线应能适应各种运行方式，具有发展和扩建的可能性。

变电站自动化技术在我国电力行业有着广泛的应用。智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟, 以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用, 变电站中所有信息的采集、传输和处理全部数字化。变电站综合自动化、数字化已经是变电站建设的主流, 随着2009年9 月 能变电站技术导则通过评审, 变电站智能化将成为变电站建设的必然趋势。IEC61850的提出对变电站技术而言有里程碑式的意义, 但从2005 年左右推出并在不断修订以来, 至今已有5年时间。变电站技术从传统变电站、自动化变电站、数字化变电站至今, 技术的进步与发展日新月异。自动化变电站是对传统RTU 的功能扩展和变电站二次系统的计算机化升级, IEC61850是对变电站自动化技术的总结和规约, 在此基础上发展了数字化变电站, 将一部分一次设备(如: 电压、电流互感器等)纳入数字化的范畴。国家电网公司提出了建设智能变电站的目标。智能电网中的智能变电站是由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成, 以高速网络通信平台为信息传输基础, 自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能, 并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。智能变电站分为设备层、系统层。设备层主要由高压设备、智能组件和智能设备构成,实现IEC61850中所提及的变电站测量、控制、保护、检测、计量等过程层和间隔层的功能。系统层相当于变电站的站控层, 实现信息共享、设备状态可视化、智能告警、分析决策等高级智能应用, 包含智能变电站系统级的先进功能。随着高压设备智能化的不断发展, 传统意义上的一、二次设备间的界限也将逐渐模糊, 一次设备通过安装和集成智能组件, 将成为智能设备。可见, 智能变电站对数字化、自动化变电站有向上、向下两个方面的拓展。向上, 加入并强调自动分析和决策的智能控制功能; 向下, 将更多一次设备数字化、智能化。为了实现智能变电站的目标, 紧密结合智能变电站建设的实施原则和技术路线, 开展智能装备研发及装备智能化改造, 开展智能变电站综合信息分析, 探索全新的变电运行管理模式, 推动国家变电站的技术革新和电力事业的发展。

变电站综合自动化系统是利用微机技术, 将变电站的控制、测量、信号传输处理、继电保护、故障录波、远动等功能溶为一体的多机共享系统。由此可见, 它能够减少硬件, 提高设备的利用率, 简化二次接线, 使变电站主控室面积和成本降低, 大量节省投资, 克服以往计算机技术在变电站单一功能的缺点和不足。变电站综合自动化系统所能完成的主要功能包括: 数据采集、继电保护、参数监测、运行控制、信息远传、事件记录、事故报警、故

障录波测距、自动电压无功控制、自动低周减载及系统自检等。一些发达国家早在70 年代末就开始了变电站综合自动化的研究工作, 至今已取得了重大进展。目前以西门子公司为代表的最先进的完全分散式控制系统, 适用于35～500 kV 的各级变电站, 其特征是以“单元”为基本部件, 各“单元”分散布置在各电压等级的一次开关场附近, 每个“单元”将数据采集、继电保护、参数监测、运行控制、故障记录和录波等多功能集于一体, 利用串行口通过电缆或光缆发送到变电站的中心计算机(有的变电站已无主控室) , 同时各单元接收中心计算机发来的控制命令并执行。本系统的最大特点是扩充方便, 传输数据抗电磁场干扰能力强, 利用远动接口可实现无人值守。该系统的出现将完全改变常规变电站的设备布置方式和运行方式, 使变电站的二次接线概念彻底改观, 是对变电站的一次彻底革命。我国关于变电站综合自动化的研究起步于80 年代后期, 但发展很迅速。目前全国有近500 多座综合自动化变电站已投运或即将投运, 但有的结构还基本上是集中式, 也没有使用光纤传输数据以防止变电站的强电磁干扰, 同时缺乏故障录波和测距功能, 因而必须采用单独的故障录波装置来解决这一问题。而微机继电保护也是和其他部分分开的独立系统, 只是在保护装置和综合系统的数据采集装置间用串行口通讯方式进行信息交换。近几年, 分层、分布式的综合自动化系统有的已开发并在试运行。城市电网运行的最基本要求是安全与稳定。城市电网安全稳定的核心问题是要建立一个与该城市相适应的、合理的电网结构。本文通过对电网规划和电力设计方面的技术原则分析。阐述了在电网安全中关于电压等级、供电可靠性、供电能力以及电网安全供电的准则要求等方面应注意的一些问题；以及有针对性的阐述了对35kV变电站和10kV变电站的具体设计原则相对电网安全供电的要求。

变电站是电力系统中不可缺少的重要组成部分，它担负着电能转换和分配的任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用，是联系发电厂和用户的中间环节。随着经济的发展，电网容量不断扩大，对电网运行的可靠性要求也越来越高。科学技术的发展、智能化开关,光电式电流电压互感器,一次运行设备在线状态检测,变电站运行操作培训仿真等高新技术日趋成熟,以及光纤技术、计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对现有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全数字化的变电站自动化系统成为发展的趋势。随着技术的进步，传统的继电保护装置正逐步被微机保护所取代。微机保护是微机计算机保护的简称，是一种数字式继电保护，是基于可编程数字电路技术和实时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护。目前，国内外已经研制出以32位数字信号处理器为硬件基础的保护、控制、测量、及数据通信一体化的微机保护综合控制装置，并将一些人工智能技术引入继电保护中，如用人工神经网络、模糊理论实现故障类型判断、故障测距、方向保护、主设备保护等新方法。用小波理论的数字手段分析故障产生信号的整个频带信息并用于实现故障检测。这些人工智能技术不仅为提高故障判别精度提供了手段，而且使某些基于单一工频信号的传统算法难以识别的问题得到解决。目前，微机继电保护正沿着微机保护网络化、智能化、自适应和保护、控制、测量、信号、数据通信一体化的方向发展。

三、本课题研究内容

本论文设计了一个35kV降压变电站电气部分设计,此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是10kV。力求做到系统运行可靠，操作简单、方便，经济合理，具有扩建的可能性和改变运行方式时的灵活性，使其更加贴合实际，更具现实意义。

电力系统在运行中,各种电气设备可能出现故障和不正常运行状态。不正常运行状态主要有:过负荷,过电压,频率降低,系统振荡等。故障主要包括各种类型的短路和断线,如:三相短路,两相短路,两相接地短路,单相接地短路,单相断线和两相断线等。本次毕业设计的主要完成对电气系统的设计、变压器继电保护，对输电线路继电保护等。

四、本课题研究方案

本论文设计了一个35kV变电站电气部分设计,此变电站有两个电压等级，一个是35kV，一个是10kV。本设计选择选择两台主变压器，其他设备如断路器，隔离开关，电流互感器，电压互感器，供配电线路，无功补偿装置等等按照具体负荷计算，短路计算进行选型、设计和配置。而对这些部分有效的保护既是保证电力系统安全运行的重要措施之一。

本设计选择选择两台主变压器，对输电线路主要采用了距离及差动线路保护测控装置进行保护，对变压器主要采用了差动、瓦斯及过流过负荷等变压器保护测控装置保护。

五、主要设计部分及工作进度

（1）主要涉及部分

第一部分：短路计算。

第二部分：整定计算。

第三部分：变压器瓦斯保护。

第四部分：变压器差动保护。

第五部分：变压器过流及过负荷保护。

第六部分：母线保护。

第七部分：线路距离保护。

第八部分：线路差动保护。

（2）工作进度

六、参考文献：

[1]范锡普.发电厂电气部分第二版[M].北京:水利水电出版社,1995

[2]熊信银.发电厂电气部分[M].北京:中国电力出版社,2004.102-223

[3]强尧臣.小型水电站机电设计手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社,1996

[4]西北电力设计院.电力工程电气设备手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社,1999

[5]刘正山.发电厂电气设计和计算[M].四川:四川大学出版社,1999

[6]西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社,1996

[7]于永源,杨绮雯.电力系统分析第二版[M].北京:中国电力出版社,2004.12-224

[8]于永源,杨绮雯.电力系统分析第一版[M].北京:中国电力出版社,1987

[9]何仰赞.电力系统分析[M].武汉:华中理工大学出版社,1999

[10]西北电力设计院.电力工程电气设备手册电气二次部分[S].北京:中国电力出版